1、第七章第七章 振动的测试振动的测试第一节第一节 概述概述 振动是质点或物体相对于固定参考点的振荡运动。振动是质点或物体相对于固定参考点的振荡运动。物体仅受到初始条件物体仅受到初始条件(初始位移、初始速度初始位移、初始速度)的激励而引起的的激励而引起的振动称为自由振动。振动称为自由振动。物体在持续的外作用力激励下的振动称为强迫振动物体在持续的外作用力激励下的振动称为强迫振动振动的测试就是检测振动变化量，从中提取表征振动过程振动的测试就是检测振动变化量，从中提取表征振动过程特征和振动系统特性的有用信息。特征和振动系统特性的有用信息。机械振动机械振动是机械或结构在平衡位置附近的往复运动。是机械或结构
2、在平衡位置附近的往复运动。激振激振 机械系统机械系统响应响应 振动测试的基本参数振动测试的基本参数 振动的振动的幅值、频率幅值、频率和和相位相位是振动的三个基本参数，称为振是振动的三个基本参数，称为振动三要素。动三要素。 幅值幅值幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等不同的方法表示。平均值等不同的方法表示。 频率频率不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。采取相应的措施。
3、 相位相位振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。的。振动测试方式：振动测试方式：一、激振测量一、激振测量是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模性能，如固有频率、阻
4、尼、刚度、频率响应和模态等。态等。二、在线测量二、在线测量测量机械或结构在工作状态下的振动，如位移、测量机械或结构在工作状态下的振动，如位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。测、分析、诊断和预测。第二节第二节 惯性式传感器的力学模型惯性式传感器的力学模型 振动测试的力学原理、力学模型振动测试的力学原理、力学模型 构成机械振动系统的基本要素有构成机械振动系统的基本要素有惯性、恢复性和阻尼。惯性、恢复性和阻尼。惯性就是能使系统惯性就是能使系统
5、当前运动持续下去的性质，恢复性就是能使系统位置恢复到平衡状态的性当前运动持续下去的性质，恢复性就是能使系统位置恢复到平衡状态的性质，阻尼就是能使系统能量消耗掉的性质。这三个基本要素通常分别由物质，阻尼就是能使系统能量消耗掉的性质。这三个基本要素通常分别由物理参数理参数质量质量M、刚度、刚度K和和阻尼阻尼C表征。表征。一、惯性式测振传感器的力学模型与特性分析一、惯性式测振传感器的力学模型与特性分析1)质量块受力产生的受迫振动质量块受力产生的受迫振动)(22tfkzdtdzcdtzdmf(t)激振动 k弹簧刚度 c阻尼系数 m质量 z振动位移 f(t) 激振动激振动 Z(t) 振动位移振动位移 振
6、动系统振动系统 这是一个典型的二阶系统这是一个典型的二阶系统 )(22tfkzdtdzcdtzdm幅频特性：幅频特性：222)2()(1 1)(nnkA相频特性：相频特性：2)(1)(2arctan)(nn相频特性相频特性幅频特性幅频特性不管系统的阻尼比是多少，在不管系统的阻尼比是多少，在 时位移时位移始终落后于激励力始终落后于激励力90o现象，称为现象，称为相位共振相位共振。1n率率0101zzz2. 由基础运动所引起的受迫振动由基础运动所引起的受迫振动振动系统的受迫振动是由基础的运动所引起的。这种情况称位移激励。设基础的绝对位移为Z1 ，质量块m的绝对位移为ZO ，如图所示。考察质量块M对
7、基础的相对运动，则M的相对位移的(ZO -Z1 )。其运动方程为：001010mzc zzk zz21211212)()()(dtZdmtKZdttdZCdttzdmOoo1010ZZZ这是一个典型的二阶系统这是一个典型的二阶系统幅频特性幅频特性相频特性相频特性由幅频特性图可见，当激振频率远小于系统固有频率由幅频特性图可见，当激振频率远小于系统固有频率时，质量块相对于基础的振动幅值为零，这意味着质时，质量块相对于基础的振动幅值为零，这意味着质量块几乎跟随基础一起振动，两者相对运动极小。而量块几乎跟随基础一起振动，两者相对运动极小。而当激振频率远高于固有频率时，当激振频率远高于固有频率时，A A
8、()()接近于接近于1 1。这表。这表明质量块和基础之间的相对运动（输出）和基础的振明质量块和基础之间的相对运动（输出）和基础的振动（输入）近于相等，说明质量块在惯性坐标中几乎动（输入）近于相等，说明质量块在惯性坐标中几乎处于静止状态。处于静止状态。在振动测量时，应合理选择测量参数。在振动测量时，应合理选择测量参数。 第三节第三节 振动测量传感器振动测量传感器w机械振动是一种物理现象，而不是一个物理参数，和振动相机械振动是一种物理现象，而不是一个物理参数，和振动相关的物理量有振动位移、振动速度、振动加速度等，所以振动关的物理量有振动位移、振动速度、振动加速度等，所以振动测试是对这些振动量的检测
9、，它们反映了振动的强弱程度。测试是对这些振动量的检测，它们反映了振动的强弱程度。测振传感器常称拾振器测振传感器常称拾振器 。 w分类：接触式和非接触式分类：接触式和非接触式w按壳体的固定方式可分为相对式和绝对式。按壳体的固定方式可分为相对式和绝对式。相对式传感器是以空间某一固定点作为参考点，测量物体上的相对式传感器是以空间某一固定点作为参考点，测量物体上的某点对参考点的相对振动。某点对参考点的相对振动。 绝对式传感器是以大地为参考绝对式传感器是以大地为参考 基准，即以惯性空间为基准测基准，即以惯性空间为基准测量振动物体相对于大地的绝对振动，又称惯性式传感器。量振动物体相对于大地的绝对振动，又称
10、惯性式传感器。 测振时拾振器将固定在被测物上，其质量将成为被测振动系测振时拾振器将固定在被测物上，其质量将成为被测振动系统的附加质量，使该系统振动特性产生变化。统的附加质量，使该系统振动特性产生变化。 惯性式测振传感器的力学模型惯性式测振传感器的力学模型拾振器的质量拾振器的质量mtmt造成被测系统加速度造成被测系统加速度和固有频率的变化可用下式来和固有频率的变化可用下式来 估计：估计： ammmatnmmmnfftaa和为装上拾振器之前、后被测系统的加速度为装上拾振器之前、后被测系统的加速度 nnff 和为装上拾振器之前、后被测系统的固有频率为装上拾振器之前、后被测系统的固有频率 m m为被测
11、系统原有质量为被测系统原有质量 只有当只有当mtmmtm时，时，mtmt的影响才可忽略。的影响才可忽略。 常用测振传感器常用测振传感器 一、电涡流式位移传感器一、电涡流式位移传感器电涡流式位移传感器是一种非接触式测振传感器，涡流传感电涡流式位移传感器是一种非接触式测振传感器，涡流传感器属于相对式拾振器，能方便地测量运动部件与静止部件间器属于相对式拾振器，能方便地测量运动部件与静止部件间的间隙（位移）变化。的间隙（位移）变化。 电量输出外接电路） (zx传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触测量等特点
12、。扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触测量等特点。 二、电容式位移传感器二、电容式位移传感器电容式位移传感器是一种非接触式测振传感器，传感器属于电容式位移传感器是一种非接触式测振传感器，传感器属于相对式拾振器，能方便地测量运动部件与静止部件间的间隙相对式拾振器，能方便地测量运动部件与静止部件间的间隙（位移）变化。（位移）变化。 电量输出外接电路） (cx三、磁电式速度（计）传感器三、磁电式速度（计）传感器 1顶杆顶杆 2弹簧片弹簧片 3磁钢磁钢 4线圈线圈 5引出线引出线 6壳体壳体 磁电式相对速度传感器磁电式相对速度传感器 测量振动系统中两部件之间的相对测量振动系统中两部件之间的相对振动速
13、度，壳体固定于一部件上，振动速度，壳体固定于一部件上，而顶杆与另一部件相连接。从而使而顶杆与另一部件相连接。从而使传感器内部的传感器内部的 线圈与磁钢产生相线圈与磁钢产生相对运动，发出相应的电动势来。对运动，发出相应的电动势来。 磁电式速度传感器利用电磁感应原理将质量块与壳体的相对速度变换成电磁电式速度传感器利用电磁感应原理将质量块与壳体的相对速度变换成电压信号输出。压信号输出。被测体振动速度被测体振动速度 连接连接 顶杆运动速度顶杆运动速度 线圈切割磁力线线圈切割磁力线 电动势输出电动势输出磁电式绝对速度计磁电式绝对速度计 1 1弹簧弹簧 2 2壳体壳体 3 3阻尼阻尼环环 4 4磁钢磁钢
14、5 5线圈线圈 6 6芯轴芯轴 在测振时，传感器固定或紧压于被测系统，磁钢在测振时，传感器固定或紧压于被测系统，磁钢4 4与壳体与壳体2 2一起随被测系一起随被测系统的振动而振动，装在芯轴统的振动而振动，装在芯轴6 6上的线圈上的线圈5 5和阻尼环和阻尼环3 3组成惯性组成惯性 系统的质量系统的质量块并在磁场中运动。块并在磁场中运动。 被测体振动速度被测体振动速度 固定固定 壳体运动速度壳体运动速度 线圈切割磁力线线圈切割磁力线 电动势输出电动势输出四、压电式加速度（计）传感器四、压电式加速度（计）传感器1 1 压电式加速度计的结构压电式加速度计的结构 (a)(a)中心安装压缩型中心安装压缩型
15、 (b) (b)环形剪切型环形剪切型 (c) (c) 三角剪切型三角剪切型 S S是弹簧，是弹簧，M M是质块，是质块，B B是基座，是基座，P P是压电元件，是压电元件，R R是夹持环。是夹持环。 内部通常有以高密度合金制成的惯性质量块，当壳体连同基内部通常有以高密度合金制成的惯性质量块，当壳体连同基座和被测对象一起运动时，惯性质量块相对于壳体或基座产座和被测对象一起运动时，惯性质量块相对于壳体或基座产生一定的位移，由此位移产生的弹性力加于压电元件上，在生一定的位移，由此位移产生的弹性力加于压电元件上，在压电元件的两个端面上就产生了极性相反的电荷。压电元件的两个端面上就产生了极性相反的电荷。
16、DmaDFq在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。2 2 压电式加速度计的灵敏度压电式加速度计的灵敏度 惯性力惯性力maF 惯性力加于压电元件惯性力加于压电元件电压灵敏度电压灵敏度 电荷灵敏度电荷灵敏度 avCDmSDmSdadqqCaquo压电式传感器的前置放大器有：电压放大器和电荷放大器。所用电压放大压电式传感器的前置放大器有：电压放大器和电荷放大器。所用电压放大器就是高输入阻抗
17、的比例放大器就是高输入阻抗的比例放大 器。其电路比较简单，但输出受连接电缆器。其电路比较简单，但输出受连接电缆对地电容的影响，适用于一般振动测量。电荷放大器以电容作负反馈，使对地电容的影响，适用于一般振动测量。电荷放大器以电容作负反馈，使用中基本不受用中基本不受 电缆电容的影响。在电荷放大器中，通常用高质量的元、电缆电容的影响。在电荷放大器中，通常用高质量的元、器件，输入阻抗高，但价格也比较贵。器件，输入阻抗高，但价格也比较贵。工作原工作原理理被测加速度被测加速度a ma F(惯性力惯性力) Q U等效质量块等效质量块m晶片晶片电荷放大器电荷放大器压电式加速度计的幅频特性曲线压电式加速度计的幅
18、频特性曲线 加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图但共加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图但共振频率与加速度计的固定状况有关，加速度计出厂时给出的幅振频率与加速度计的固定状况有关，加速度计出厂时给出的幅频曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。频曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。 加速度计与试件的各种固定方法加速度计与试件的各种固定方法 采用钢螺栓固定，是使共振频采用钢螺栓固定，是使共振频率能达到出厂共振频率的最好率能达到出厂共振频率的最好方法。方法。 阻抗头阻抗头在对机械结构进行激振试验时，为了测量机械结构每一部位在对机械结构进行激振试验时，为了测量机械结构每一部位的
19、阻抗值的阻抗值( (力和响应参数的比值力和响应参数的比值) )，需要在结构的同一点上激，需要在结构的同一点上激振并测定它的响应。阻抗头就是专门用来传递激振力和测定振并测定它的响应。阻抗头就是专门用来传递激振力和测定激振点的受力及加速度响应的特殊传感器。激振点的受力及加速度响应的特殊传感器。 它集压电式力传感器和它集压电式力传感器和压电式加速度传感器为一体压电式加速度传感器为一体阻抗头的原理及结构图阻抗头的原理及结构图 阻抗头的安装面与被测机械紧固在一起，阻抗头的安装面与被测机械紧固在一起，激振器激振器的激振力输出的激振力输出顶杆与阻抗头的激振平台紧固在一起。激振器通过阻抗头将激顶杆与阻抗头的激
20、振平台紧固在一起。激振器通过阻抗头将激振力传递并作用于被测结构上，激振力使阻抗头中检测激振力振力传递并作用于被测结构上，激振力使阻抗头中检测激振力的压电晶片受压力作用产生电荷并从激振力信号输出口输出。的压电晶片受压力作用产生电荷并从激振力信号输出口输出。机械受激振力作用后产生受迫振动，其振动加速度通过阻抗头机械受激振力作用后产生受迫振动，其振动加速度通过阻抗头中的惯性质量块产生惯性力，使检测加速度的晶片受力作用产中的惯性质量块产生惯性力，使检测加速度的晶片受力作用产生电荷，从加速度信号输出端口输出。生电荷，从加速度信号输出端口输出。随着电子技术的发展，目前大部分压电式加速度计在随着电子技术的发
21、展，目前大部分压电式加速度计在壳体内都集成放大器，由它来完成阻抗变换的功能。壳体内都集成放大器，由它来完成阻抗变换的功能。 )()(txtv速度测振传感器的合理选择测振传感器的合理选择振动量的测量振动量的测量 振动量通常指反映振动的振动量通常指反映振动的强弱程度的量，亦即指强弱程度的量，亦即指振动位振动位移移，振动速度振动速度和和振动加速度振动加速度的的大小。这三者之间存在着确定大小。这三者之间存在着确定的微分或积分关系。的微分或积分关系。)()(txtva加速度)(tx位移振动位移、振动速度和振动加速度振动位移、振动速度和振动加速度三者的幅值之间的关系与频率有关三者的幅值之间的关系与频率有关
22、 A() v x 微微/ /积分放大器积分放大器 根据振动频率范围而推荐根据振动频率范围而推荐选用振动量测量的范围选用振动量测量的范围 拾振器的被测量为振动位移、速度或加速度，它们是的等比数列，可通过微积分电路来实现它们之间的换算。由于换算存在一定的误差，应尽量以最直接、最合理的方式获得最重要的参数。第四节第四节 振动测量系统及其标定振动测量系统及其标定一、振动测试系统的组成一、振动测试系统的组成振动系统测试就是求取系统输入和输出的一种试验方法。为振动系统测试就是求取系统输入和输出的一种试验方法。为了完成上述测试任务，一般说来测试系统应该包括下述三个了完成上述测试任务，一般说来测试系统应该包括
23、下述三个主要部分：主要部分： 1)1)激励部分激励部分 实现对被测系统的激励实现对被测系统的激励( (输入输入) )，使系统发生振动。它，使系统发生振动。它主要由激励信号源、功率放大器和激振装置组成。主要由激励信号源、功率放大器和激振装置组成。 2)2)拾振部分拾振部分 检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号转检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号转换成一定的形式换成一定的形式( (通常为电信号通常为电信号) )。它主要由传感器、可。它主要由传感器、可调放大器组成。调放大器组成。 3)3)分析记录部分分析记录部分 将拾振部分传来的信号记录下来供以后分析处理或直将拾振部分传来的信号记
24、录下来供以后分析处理或直接近行分析处理并记下处理结果。它主要由各种记录设接近行分析处理并记下处理结果。它主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。备和频谱分析设备组成。二、测量系统的标定二、测量系统的标定为了保证振动测试的可靠性和精确度，必须对传感器及其测为了保证振动测试的可靠性和精确度，必须对传感器及其测试系统进行校准。试系统进行校准。 1 1、绝对法、绝对法绝对法将拾振器固定在校准振动台上，由正弦信号发生器绝对法将拾振器固定在校准振动台上，由正弦信号发生器经功率放大器推动振动台，用激光干涉振动仪直接测量振经功率放大器推动振动台，用激光干涉振动仪直接测量振动台的振幅，再和被校准拾振器的输出比较，
25、以确定被校动台的振幅，再和被校准拾振器的输出比较，以确定被校准拾振器的灵敏度，这便是用激光干涉仪的绝对校准法。准拾振器的灵敏度，这便是用激光干涉仪的绝对校准法。 2 2、相对法、相对法 相对法此法又称为背靠背比较校准法。此法是将待校准的相对法此法又称为背靠背比较校准法。此法是将待校准的传感器和经过国家计量等部门严格校准过的传感器背靠背传感器和经过国家计量等部门严格校准过的传感器背靠背地（或仔细地并排地）安装在振动试验台上承受相同的振地（或仔细地并排地）安装在振动试验台上承受相同的振动。将两个传感器的输出进行比较，就可以计算出在该频动。将两个传感器的输出进行比较，就可以计算出在该频率点待校准传感
26、器率点待校准传感器 的灵敏度。这时，严格校准过的传感的灵敏度。这时，严格校准过的传感器起着器起着“振动标准传递振动标准传递”的作用。通常称为参考传感器。的作用。通常称为参考传感器。 第五节第五节 激振试验设备及激振动信号简介激振试验设备及激振动信号简介一、振动台一、振动台有机械式振动台、电磁式振动台和电液伺服振动台。有机械式振动台、电磁式振动台和电液伺服振动台。1 1、机械式振动试验台、机械式振动试验台机械式振动试验台属低频大载荷振动试验台，频率为机械式振动试验台属低频大载荷振动试验台，频率为5 580Hz80Hz，载荷从，载荷从50kg50kg1000kg1000kg，位移为，位移为5mm5
27、mm左右，加速度为左右，加速度为3 320g20g。适宜于低频定振试验或低频。适宜于低频定振试验或低频定位移扫频试验，不能作定加速度扫频试验，机械式振动试验台是一种开定位移扫频试验，不能作定加速度扫频试验，机械式振动试验台是一种开环式振动试验设备。一次装夹可实现垂直和水平两方向振动。环式振动试验设备。一次装夹可实现垂直和水平两方向振动。2 2、电磁式振动试验台、电磁式振动试验台电动式振动试验台属高频、大位移、大推力振动试验台，频率范围为电动式振动试验台属高频、大位移、大推力振动试验台，频率范围为5 53000Hz3000Hz，推力可达十六吨，位移可达，推力可达十六吨，位移可达25.4mm25.
28、4mm。适宜于任何形式的给定信。适宜于任何形式的给定信号的振动及冲击试验。电磁式振动试验台是一种闭环式振动试验设备号的振动及冲击试验。电磁式振动试验台是一种闭环式振动试验设备 3 3、电液式振动试验台、电液式振动试验台电液式振动试验台属中低频大位移、大推力振动试验台，频率为电液式振动试验台属中低频大位移、大推力振动试验台，频率为2 2200Hz200Hz，推力可达数十吨，位移可达，推力可达数十吨，位移可达50mm50mm左右。适宜于低频定振试验或中左右。适宜于低频定振试验或中低频扫频试验及随机试验和冲击实验。电液式振动试验台是一种闭环式振低频扫频试验及随机试验和冲击实验。电液式振动试验台是一种
29、闭环式振动试验设备。动试验设备。二、振动的激励激振动信号二、振动的激励激振动信号振动的激励方式通常有振动的激励方式通常有稳态正弦激振、随机激振稳态正弦激振、随机激振和和瞬态激振瞬态激振三种。三种。1 1、稳态正弦激振、稳态正弦激振稳态正弦激振又称简谐激振，它是借助于激振设备对被测对稳态正弦激振又称简谐激振，它是借助于激振设备对被测对象施加一个频率可控的简谐激振力。它的优点是激振功率大、象施加一个频率可控的简谐激振力。它的优点是激振功率大、信噪比高、能保证响应测试的精度。因而是一种应用最为普信噪比高、能保证响应测试的精度。因而是一种应用最为普遍的激振方法。遍的激振方法。即即(t t)= )= F
30、 F0sin(0sin(t)。该频率是可调的。该频率是可调的。 在一定频段内对被测系统进行逐点的给定频率的正弦激励的过在一定频段内对被测系统进行逐点的给定频率的正弦激励的过程称扫描。在进行稳态正弦激振时，一般进行扫频激振，通过程称扫描。在进行稳态正弦激振时，一般进行扫频激振，通过扫频激振获得系统的大概特性，而在靠近固有频率的重要频段扫频激振获得系统的大概特性，而在靠近固有频率的重要频段再进行稳态正弦激振获取严格的动态特性。再进行稳态正弦激振获取严格的动态特性。 自动正弦扫描激振自动正弦扫描激振 2 2、 瞬态激振瞬态激振瞬态激振给被测系统提供的激励信号是一种瞬态信号，瞬态激振给被测系统提供的激
31、励信号是一种瞬态信号，瞬态振瞬态振动是指在极短时间内的振动。过程突然发生，持续时间短，能动是指在极短时间内的振动。过程突然发生，持续时间短，能量很大。通常它由零到无限大的所有频率的谐波分量构成。量很大。通常它由零到无限大的所有频率的谐波分量构成。 目前常用的瞬态激励方法有脉冲锤击和阶跃松弛激励等方法目前常用的瞬态激励方法有脉冲锤击和阶跃松弛激励等方法脉冲激振脉冲激振 脉冲锤击激励是用脉冲锤对被测系统进行敲击，给系统施脉冲锤击激励是用脉冲锤对被测系统进行敲击，给系统施加一个脉冲力，使之发生振动。加一个脉冲力，使之发生振动。阶跃激振阶跃激振 阶跃激振的激振力来自一根刚度大、重量轻的弦。试验时，在阶
32、跃激振的激振力来自一根刚度大、重量轻的弦。试验时，在激振点处，由力传感器将弦的张力施加于激振点处，由力传感器将弦的张力施加于 被测对象上，使之被测对象上，使之产生初始变形，然后突然切断张力弦，这相当于对被测对象施产生初始变形，然后突然切断张力弦，这相当于对被测对象施加一个负的阶跃激振力。加一个负的阶跃激振力。 4 4、随机激振、随机激振伪随机信号是一种有周期性的随机信号，它在一个周期内的伪随机信号是一种有周期性的随机信号，它在一个周期内的信号是纯随机的，但各个周期内的信号是完全相同的。这种信号是纯随机的，但各个周期内的信号是完全相同的。这种方法的优点在于试验的可重复性。方法的优点在于试验的可重
33、复性。随机激振一般用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源，这随机激振一般用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源，这是一种带宽激振方法。是一种带宽激振方法。 三、激振器三、激振器将所需的激振信号变为激振力施加到被测对象上的装置称为将所需的激振信号变为激振力施加到被测对象上的装置称为激振器。激振器应能在所要求的频率范围内，提供波形良好、激振器。激振器应能在所要求的频率范围内，提供波形良好、幅值足够和稳定的交变力，在某些情况下还需提供定值的稳幅值足够和稳定的交变力，在某些情况下还需提供定值的稳定力。交变力可使被测对象产生需要的振动，稳定力则使被定力。交变力可使被测对象产生需要的振动，稳定力则使被测对象受
34、到一定的预加载荷，以便消除间隙或模拟某种稳定测对象受到一定的预加载荷，以便消除间隙或模拟某种稳定力。常用的激振器有力。常用的激振器有电动式、电磁式电动式、电磁式和和电液式电液式三种。三种。1. 1. 电动式激振器电动式激振器电动式激振器按其磁场的形成方电动式激振器按其磁场的形成方法分有永磁式和励磁式两种。法分有永磁式和励磁式两种。 根据磁场中载流体受力的原理，线根据磁场中载流体受力的原理，线圈将受到与电流圈将受到与电流i i成正比的电动力成正比的电动力F F的作用，此力通过顶杆传到被测对的作用，此力通过顶杆传到被测对象，即为激振力。象，即为激振力。 交变电流交变电流i i 电动力电动力F F
35、激振力激振力产生产生 传输传输 )(tKiFi为了使激振器的能量尽量用于激振对象的激励上为了使激振器的能量尽量用于激振对象的激励上, , 在激振时最好让激振器基座在空间在激振时最好让激振器基座在空间基本上保持静止：基本上保持静止： 在在高频激振高频激振时，往往用弹簧将激振器悬挂起来，时，往往用弹簧将激振器悬挂起来，降低安装的自然频率降低安装的自然频率，使之，使之低于低于激振频率的激振频率的l l3 3； 在在低频激振低频激振时，则将激振器的基座与静止的地基刚性相连，使时，则将激振器的基座与静止的地基刚性相连，使安装的自然频率高安装的自然频率高于激振频率于激振频率3 3倍倍以上。以上。水平绝对激
36、振时的安装方法水平绝对激振时的安装方法 较低频激振时的安装方法较低频激振时的安装方法 高频激振时的安装方法高频激振时的安装方法 2. 2. 电磁式激振器电磁式激振器 电磁式激振器直接利用电磁力作激振电磁式激振器直接利用电磁力作激振力，常用于非接触激振场合。励磁线力，常用于非接触激振场合。励磁线圈圈3 3包括一组直流线圈和一组交流线圈，包括一组直流线圈和一组交流线圈，当电流通过励磁线圈便当电流通过励磁线圈便 产生相应的磁产生相应的磁通，从而在铁芯通，从而在铁芯2 2和衔铁和衔铁4 4之间产生电之间产生电磁力，实现两者之间无接触的相对激磁力，实现两者之间无接触的相对激振。激振器是由通入线圈中的交变
37、电振。激振器是由通入线圈中的交变电流产生交变磁场，而被测对象作为衔流产生交变磁场，而被测对象作为衔铁，在交变磁场作用下产生振动。铁，在交变磁场作用下产生振动。 )()(0tFFtFi 由于在电磁铁与衔铁之间的作用力由于在电磁铁与衔铁之间的作用力F(t)F(t)只会是吸力，而无斥力，为了只会是吸力，而无斥力，为了形成往复的正弦激励，应该在其间施加一恒定的吸力形成往复的正弦激励，应该在其间施加一恒定的吸力F0F0，然后才能叠加上，然后才能叠加上一个交变的谐波力一个交变的谐波力F(t)F(t)。通入线圈中的电流。通入线圈中的电流I(t)I(t)也应该由直流与交流两部也应该由直流与交流两部分组成，即分
38、组成，即: :)()(0tiItIi交变电流交变电流i i 产生产生 电磁力电磁力F F激振力激振力3. 3. 电液式激振器电液式激振器 1 1顶杆顶杆 2 2电液伺服阀电液伺服阀 3 3活塞活塞 由电动激振器，操纵阀和功率由电动激振器，操纵阀和功率阀所组成的电液伺服阀阀所组成的电液伺服阀2 2，控制，控制油路使活塞油路使活塞3 3作往复运动，并以作往复运动，并以顶杆顶杆1 1去激励被激对象。活塞端去激励被激对象。活塞端部输入一定油压的油，形成静压部输入一定油压的油，形成静压力力p p* * ，对被激对象施加预载荷。，对被激对象施加预载荷。用力传感器测量交变激励力用力传感器测量交变激励力p1p
39、1和和静压力静压力p p* *。 电液式激振器的优点是激振力大，行程亦大，单位力的体积小。但由电液式激振器的优点是激振力大，行程亦大，单位力的体积小。但由于油液的可压缩性和调整流动压力油的摩擦，使电液式激于油液的可压缩性和调整流动压力油的摩擦，使电液式激 振器的高频振器的高频特性变差，一般只适用于较低的频率范围。特性变差，一般只适用于较低的频率范围。 电动激振器电动激振器+ +液压系统液压系统交变电流交变电流i i 产生产生 电动力电动力F F 激振力激振力控制控制液压系统液压系统三、力锤三、力锤 力锤是一种产生瞬态激励力的激振器，它由力锤是一种产生瞬态激励力的激振器，它由锤体、手锤体、手柄和
40、可以调换的锤头和配重柄和可以调换的锤头和配重组成，通常在锤体和锤头之间组成，通常在锤体和锤头之间装有一个力传感器，以测量被测系统所受锤击力的大小。装有一个力传感器，以测量被测系统所受锤击力的大小。 一般来说，锤击力的大小是由锤击质量和锤击被测系一般来说，锤击力的大小是由锤击质量和锤击被测系统时的运动速度决定的。统时的运动速度决定的。 激励的频率范围主要由接触表面刚度决定，锤头的材激励的频率范围主要由接触表面刚度决定，锤头的材料越硬则脉冲的持续时间越短，上限额率料越硬则脉冲的持续时间越短，上限额率fefe越高。为了能越高。为了能调整激励频率范围，通常使用一套不同材料的锤头。调整激励频率范围，通常
41、使用一套不同材料的锤头。 为了得到不同的脉冲宽度为了得到不同的脉冲宽度, ,锤头可用不锤头可用不同的材料制成同的材料制成, ,根据测试频响要求根据测试频响要求, ,进行更进行更换换. .锤头的材料越软锤头的材料越软, ,其脉冲频谱越窄其脉冲频谱越窄; ;反反之锤头材料越硬之锤头材料越硬, ,则脉冲频带越宽。脉冲则脉冲频带越宽。脉冲锤的质量锤的质量( (包括锤头包括锤头, ,力传感器及附加配重力传感器及附加配重) )大小与脉冲力的大小及激励频带宽度有关大小与脉冲力的大小及激励频带宽度有关. .若力锤太小若力锤太小, ,能量不够能量不够; ; 力锤太大力锤太大, ,灵敏度灵敏度低低. .所以应根据试件刚度和质量大小所以应根据试件刚度和质量大小, ,频率频率范围等选择力锤的适当大小。脉冲激振是范围等选择力锤的适当大小。脉冲激振是用一个装有传感器的锤子（又称脉冲锤）用一个装有传感器的锤子（又称脉冲锤）敲击被测对象，对被测对象施加一个力脉敲击被测对象，对被测对象施加一个力脉冲，同时测量激励和被测对象。脉冲的形冲，同时测量激励和被测对象。脉冲的形成及有效频率取决于脉冲的持续时间则取成及有效频率取决于脉冲的持续时间则取决于锤端的材料，材料越硬越小，则频率决于锤端的材料，材料越硬越小，则频率范围越大。范围越大。
